C++初阶——类与对象

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C++宏函数

在使用宏函数时，有几个常见的错误需要注意：

宏函数在某些情况下有以下优势：

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1.C++宏函数

在 C++ 中，宏函数（Macro Function）是使用预处理器定义的宏（Macro），类似于 C 语言中的宏函数。它们在编译前进行文本替换，以实现一些简单的函数功能。

C++ 中的宏函数与 C 语言中的宏函数定义方式相同，用 #define 指令来定义。宏函数可以接受参数，并且没有函数调用的开销。

下面是一个使用宏函数计算两个整数的平方和的示例：

#define SQUARE_SUM(x, y) ((x)*(x) + (y)*(y))

int main() {
    int a = 3;
    int b = 4;
    int result = SQUARE_SUM(a, b);
    // 展开后的宏函数：((a)*(a) + (b)*(b))
    // 计算结果为 3*3 + 4*4 = 9 + 16 = 25
    return 0;
}

在上面的示例中，我们使用 #define 定义了一个名为 SQUARE_SUM 的宏函数，它接受两个参数 x 和 y。宏函数展开后，会将参数的值替换到相应的位置，然后进行平方和的计算。

需要注意的是，宏函数的展开是在编译前进行的，因此宏函数中的参数没有类型检查。这也是宏函数的一个缺点，可能会导致一些错误，例如参数计算多次、副作用等问题。

在 C++ 中，宏函数的使用相对较少，更推荐使用内联函数或模板来替代宏函数。内联函数和模板可以提供更好的类型安全性和可读性，并且能够进行编译时的优化。

总之，C++ 中的宏函数是通过预处理器定义的宏，用于实现简单的函数功能。它们在编译前进行文本替换，没有函数调用的开销，但可能存在潜在的问题，因此在实际编程中建议使用内联函数或模板代替宏函数。0

在使用宏函数时，有几个常见的错误需要注意：

1. 缺少括号：由于宏函数展开是简单的文本替换，没有类型检查，因此在宏函数中使用参数时应该用括号将参数括起来，以避免优先级问题。例如，#define SQUARE(x) x * x 这个宏函数没有正确使用括号，会导致展开后的结果不符合预期。

2. 副作用问题：宏函数的参数可能会被多次计算，在某些情况下可能导致副作用。例如，#define MAX(a, b) ((a) > (b) ? (a) : (b)) 这个宏函数在计算参数时会对它们进行多次求值，如果参数中包含有副作用的表达式（例如函数调用、改变变量等），则可能会导致意外的结果。

3. 名称冲突：宏函数的名称是全局的，容易与其他代码中的变量或函数名称发生冲突。为了避免名称冲突，通常可以在宏函数名称前添加特定的前缀或命名空间。

4. 缺乏类型安全：宏函数没有类型检查，参数的类型和数量都是由开发者自行控制。这可能导致难以发现的类型错误或潜在的问题。为了提高类型安全性，建议使用内联函数或模板代替宏函数。

5. 可读性差：宏函数展开后的代码可能会变得非常冗长，可读性较差。这使得调试和维护代码变得困难。使用内联函数或模板可以提高代码的可读性和可维护性。

总之，在使用宏函数时，需要注意上述常见的错误，并尽量避免使用宏函数可能带来的潜在问题。如果有更复杂的功能需求，建议使用内联函数、模板或其他更合适的方法来实现。

宏函数在某些情况下有以下优势：

1. 没有函数调用开销：宏函数在编译时被展开为代码，没有函数调用的开销，可以提高程序的执行效率。

2. 可以使用常量表达式：宏函数可以使用常量表达式作为参数，这些表达式在编译时就会被计算，并且展开后的代码也是常量表达式，可以进行编译时的优化。

3. 可以完成简单的操作：宏函数通常用于实现简单的操作，例如计算平方、计算最大值等，可以提高代码的可读性和可维护性。

4. 可以实现一些高级功能：宏函数可以实现一些高级功能，例如条件编译、调试信息输出等。在一些特殊的情况下，它们可以代替其他更复杂的解决方案。

5. 具有灵活性：宏函数可以根据需要定义不同的版本，例如根据不同的平台或编译器来定义不同的实现。这使得宏函数具有一定的灵活性和适应性。

总之，在某些情况下，使用宏函数可以提高程序的效率和可读性，实现一些简单和高级功能。但是，在使用宏函数时，需要注意潜在的问题，并尽量避免使用它们可能带来的副作用和错误。

让我们来了解一下C++中的类和对象。

2.类

在C++中，类是一种用户自定义的数据类型，它可以封装数据成员和函数成员，从而表示某种抽象概念。类定义的一般形式为：

class ClassName {
    private:
        // 私有成员变量
    public:
        // 公有成员变量和函数
};

其中，private表示私有成员，只能在类内部访问；public表示公有成员，可以在类内部和外部访问。

例如，下面是一个简单的类定义：

class Dog {
    private:
        int age;
        string name;
    public:
        void bark() {
            cout << "汪汪！" << endl;
        }
        void setAge(int a) {
            age = a;
        }
        void setName(string n) {
            name = n;
        }
        void printInfo() {
            cout << "我是一只 " << name << "，今年 " << age << " 岁。" << endl;
        }
};

这个类表示了一只狗的抽象概念，包含了年龄和名字两个私有成员，以及叫声、设置年龄、设置名字、输出信息等公有成员。

3.对象

在C++中，通过类定义出来的具体实例被称为对象。对象具有类成员的特征，可以调用公有成员函数，访问公有成员变量。对象的一般形式为：

ClassName ObjectName;

例如，我们可以通过上面定义的Dog类来创建一个狗的对象：

Dog myDog;

这个对象名为myDog，它具有Dog类的属性和行为，可以调用公有成员函数，访问公有成员变量。例如，我们可以设置它的年龄和名字，然后输出它的信息：

myDog.setAge(3);
myDog.setName("小黄");
myDog.printInfo();

运行结果为

我是一只 小黄，今年 3 岁。

这样，我们就成功地使用C++中的类和对象了。

4.C++中的类与对象带来了许多优势

包括：

1. 封装性：类允许将数据和相关的函数封装在一起，形成一个独立的实体。这样可以隐藏实现细节，对外部提供接口，提高代码的安全性和可维护性。

2. 继承性：通过继承，一个类可以从另一个类派生，获得父类的属性和方法，并可以在此基础上添加新的功能。继承提供了代码重用的机制，减少了重复编写代码的工作量。

3. 多态性：C++支持运行时多态，即通过函数重写和虚函数实现。多态性使得不同类型的对象可以以相同的方式被处理，提高了代码的灵活性和可扩展性。

4. 数据抽象：类可以定义抽象数据类型，将数据和操作封装在一起。这样可以将内部细节隐藏起来，只对外提供必要的接口，提高了代码的可读性和可维护性。

5. 可扩展性：类允许在已有的基础上进行扩展和修改。可以通过添加新的成员函数或成员变量来增加功能，也可以通过派生新的类来扩展已有的类。

6. 数据共享和保护：类的对象可以根据需要创建多个实例，每个实例都有独立的数据。这样可以实现数据的共享和保护，不同对象之间的数据不会相互干扰。

7. 可维护性：类的使用使得代码更加模块化和结构化，易于维护和调试。类的修改只需要关注特定的部分，不会影响到其他部分，降低了出错的概率。

5.C++类的案例

#include <iostream>
using namespace std;

class Rectangle {
    private:
        int width, height;
    public:
        Rectangle() {
            width = 0;
            height = 0;
        }
        Rectangle(int w, int h) {
            width = w;
            height = h;
        }
        void setWidth(int w) {
            width = w;
        }
        void setHeight(int h) {
            height = h;
        }
        int getArea() {
            return width * height;
        }
};

int main() {
    Rectangle r1;
    Rectangle r2(3, 4);
    r1.setWidth(5);
    r1.setHeight(6);
    cout << "r1 area is " << r1.getArea() << endl;
    cout << "r2 area is " << r2.getArea() << endl;
    return 0;
}

上述代码定义了一个名为Rectangle的类，用于计算矩形的面积。该类包含两个私有成员变量width和height，以及构造函数、设置宽高的函数和计算面积的函数。在main函数中，创建了两个Rectangle对象r1和r2，分别通过构造函数和设置函数设置其宽高，并调用getArea函数计算面积并输出。

以上仅是一个简单的案例，展示了C++类的基本使用方法，实际应用中类可以包含更多的成员变量和成员函数，实现更加复杂的操作。

6.C++类相关的选择题

以及它们的答案：

6.1以下哪个选项描述了C++类的封装性？

• a) 类的继承性 b) 类的多态性 c) 类的数据抽象性 d) 类的可扩展性

答案: c) 类的数据抽象性

6.2在C++中，通过继承可以实现什么？

• a) 封装数据和函数 b) 对象的创建和销毁 c) 代码的重用和扩展 d) 多个对象之间的通信

答案: c) 代码的重用和扩展

6.3下面关于C++类的说法正确的是：

• a) 类只能有一个成员变量 b) 类可以直接访问私有成员变量 c) 类可以包含其他类的对象作为成员变量 d) 类不能包含静态成员变量

答案: c) 类可以包含其他类的对象作为成员变量